остойчивость и непотопляемость. Остойчивость и непотопляемость. Остойчивость и непотопляемость судна Плавучесть судна Плавучестью
 Скачать 130.92 Kb.
|
|
Остойчивость и непотопляемость судна § 1. Плавучесть судна Плавучестью называют способность судна поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности воды в результате действия силы веса судна и выталкивающей силы воды. Свойство плавучести отличает судно от других инженерных сооружений. Мерой плавучести судна является его водоизмещение - V, где - плотность забортной воды.  Рис. 1. Силы, действующие на плавающее судно Условия и уравнения равновесия плавающего судна. На судно, плавающее неподвижно в положении равновесия на спокойной поверхности воды, действуют следующие силы (рис. 1): - сила веса всех его частей, которые приводятся к их равнодействующей - силе веса судна Р = g, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна G (хg, уg, zg); - гидростатические силы давления воды, действующие по нормалям к подводной поверхности судна; горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие приводятся к их равнодействующей - силе плавучести V ( - удельный вес забортной воды), направленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) - ЦТ подводного объема судна С (хc, ус, zс). Основным физическим законом, определяющим плавучесть судна, служит закон Архимеда, согласно которому сила веса судна равна силе плавучести, а масса (водоизмещение судна ) равна массе вытесненной им воды: P = V; = V. (1.10) Формулы (1.10) являются математическими выражениями первого условия равновесия плавающего судна. Запас плавучести. Запасом плавучести называют непроницаемый для воды объем корпуса судна, расположенный выше ГВЛ и включающий помещения, ограниченные верхней водонепроницаемой палубой, а также водонепроницаемые надстройки и рубки. Он определяет дополнительную нагрузку, которую может принять судно до того, как оно потеряет способность держаться на воде. Запас плавучести, выраженный в процентах от объемного водоизмещения судна, на транспортных грузовых судах составляет 25-30%, на танкерах 10-15%, на пассажирских судах 80-100%. Необходимый запас плавучести судна обеспечивается назначением ему минимальной высоты надводного борта, достаточной для безопасного плавания в определенных районах и в определенное время года. § 2. Остойчивость судна Начальная остойчивость судна В механике различают три вида статического равновесия тела. Если тело находится в положении равновесия и при малом отклонении возвращается в свое первоначальное положение, то такое равновесие называют устойчивым. Если при малом отклонении тело остается в том положении, в какое его отклонили, то равновесие будет безразличным. Наконец, если при малом отклонении тело будет стремиться еще больше отклониться от своего первоначального положения, то равновесие будет неустойчивым. В статике судна применительно к равновесию плавающего судна в условиях возможного воздействия на него внешних моментов известное в механике свойство статической устойчивости принято называть статической остойчивостью или просто остойчивостью. Таким образом остойчивость можно определить как способность судна, отклоненного внешним моментом в вертикальной плоскости от положения равновесия, возвращаться в исходное положение равновесия после устранения момента, вызвавшего отклонение. Различают остойчивость на малых углах наклонения, или начальную остойчивость и остойчивость на больших углах наклонения. Это вызвано тем, что при оценке начальной остойчивости имеется возможность принять ряд допущений и получить простые приближенные математические зависимости» тогда как задачи, связанные с остойчивостью на больших углах наклонения, могут быть решены только графическим путем. При анализе остойчивости судна рассматривают его наклонения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - поперечной и продольной. Наклонения в поперечной вертикальной плоскости, характеризуемые углами крена, связаны с поперечной остойчивостью судна, а наклонения в продольной плоскости, определяемые углами дифферента, с продольной остойчивостью судна. Метацентры и метацентрическне радиусы. При равнообъемном наклонении плавающего тела в какой-либо вертикальной плоскости в общем случае ЦВ (точка С) выходит из плоскости наклонения и перемещается в сторону наклонения по некоторой пространственной кривой, которая носит название траектории ЦВ. Проекцию траектории ЦВ на соответствующую ей плоскость наклонения называют кривой ЦВ. При бесконечно малом наклонении тела из равновесного прямого положения на угол (см. рис. 2) можно принять допущение, что траектория ЦВ совпадает с плоской кривой, которую в пределах участка СС1 можно считать дугой круга с центром в точке m. Радиус этого круга r, называют начальным метацентрическим радиусом плавающего тела для данной плоскости его наклонения, а его центр m - начальным метацентром тела.  Рис. 2 Метацентр Метацентрические высоты. Расстояние между начальным метацентром m и ЦТ судна G носит название начальной метацентрической высоты h0 или просто метацентрической высоты, которая считается положительной, если метацентр расположен выше ЦТ, и отрицательной, если он расположен ниже ЦТ. Главным плоскостям наклонения соответствуют главные мета-центрические высотыч одна из которых будет наибольшей, а другая наименьшей в данном равновесном положении судна. Если в равновесном положении судно сидит прямо и на ровный киль, то главными плоскостями наклонения будут являться ДП и перпендикулярная ей плоскость, параллельная плоскости мидель-шпангоута. Главные метацентрические высоты, отвечающие этим плоскостям наклонения, называют продольной Н и поперечной h метацентрическими высотами. § 3. Непотопляемость судна Непотопляемостью судна называют его способность оставаться на плаву после затопления части его внутренних помещений (отсеков), имея посадку и остойчивости обеспечивающие хотя бы ограниченное использование судна по назначению. Непотопляемость, в отличие от остойчивости неповрежденного судна, нельзя рассматривать как его мореходное качество. Непотопляемость является свойством судна сохранять свои мореходные качества в заданных пределах. Таким образом, судно обладает непотопляемостью, если после затопления части отсеков оно сохраняет плавучесть, остойчивость и посадку в той мере, которая достаточна для выполнения хотя бы чарти его функций. § 4. Категории затопленных отсеков При затоплении отсеков судна возможны различные варианты их заполнения. В зависимости от характера затопления различают четыре категории затопленных отсеков (рис. 3): - отсек первой категории - заполнен водой полностью; - отсек второй категории - заполнен не полностью (имеет свободную поверхность), но не сообщается с забортной водой; - отсек третьей категории - заполнен частично и сообщается с забортной водой через пробоину; - отсек четвертой категории - в нем уровень воды не совпадает с аварийной ватерлинией судна, т. е. это отсек с замкнутой или уменьшающейся воздушной подушкой. Отсеки первой категории являются обычно следствием аварийного затопления междудонных цистерн из-за касания корпусом грунта. При затоплении отсека первой категории расход запаса плавучести равен объему воды, влившейся в отсек. Плавучесть судна не зависит от того, сообщается отсек первой категории с забортной водой или нет. Начальная остойчивость судна при этом увеличивается.  Рнс.3. Затопленные отсеки различных категорий: а-первой; б - второй; в - третьей; г – четвертой Аварийное затопление отсеков второй категории может возникнуть при фильтрации воды из соседнего отсека через небольшое повреждение или через заделанную пробоину, когда производительность водоотливных средств близка к интенсивности поступления воды в отсек. Водотушение пожара или иной налив воды также приводит к появлению отсеков второй категории. Изменение плавучести при затоплении отсека второй категории аналогично изменению плавучести при затоплении отсека первой категории. Дополнительное изменение остойчивости определяется отрицательным влиянием свободной поверхности. Отсек третьей категории, свободно сообщающийся с забортной водой, возникает обычно при навале, посадке на грунт или при аварии забортной арматуры. При затоплении отсека третьей категории количество влившейся воды изменяется в процессе изменения осадки, крена и дифферента поврежденного судна. При этом весь отсек исключается из запаса плавучести, так как вода может беспрепятственно заполнять надводный объем отсека. Изменение начальной остойчивости определяется влиянием геометрии и координат ЦТ потерянной площади ватерлинии. Вместе с тем затопление отсека третьей категории, как правило, неприводит к отрицательной начальной остойчивости, поскольку ее уменьшение из-за потери площади действующей ватерлинии частично компенсируется приемом больших масс воды ниже ватерлинии. Исключение составляют широкие суда (B/d > 3,5). Аварийное затопление отсека четвертой категории может возникнуть при поступлении воды через низкорасположенное повреждение при герметичности отсека. При затоплении герметичного отсека четвертой категории потеря запаса плавучести определяется количеством влившейся воды, а потеря остойчивости будет промежуточной между потерями остойчивости при затоплении аналогичных отсеков второй и третьей категорий при равных объемах влившейся воды. Таким образом, при равных объемах влившейся воды наименее опасным будет отсек первой категории, затопление которого соответствует приему твердого груза, а наиболее опасным - отсек третьей категории. В то же время отсеки второй категории представляют значительную опасность, особенно при многоярусном затоплении в пределах одного автономного отсека, когда отрицательное влияние свободной поверхности, кратное числу затопленных палуб, может привести к отрицательной начальной остойчивости. При симметричном относительно ДП затоплении высокорасположенные отсеки второй категории с точки зрения потери остойчивости более опасны, чем отсеки третьей категории с тем же объемом влившейся воды, так как у них при той же свободной поверхности положительное блияние веса влившейся воды будет меньше (рис. 4). Для отсеков второй, третьей и четвертой категорий при рассмотрении отрицательного влияния свободных поверхностей воды необходимо учитывать изменение не только начальной остойчивости судна, но и остойчивости на больших углах крена. Для этой цели вводятся понятия действенной и недейственной потерь остойчивости (см. рис. 4).      Рис. 4. Влияние свободной поверхности на остойчивость на больших углах крена: а - действенная потеря остойчивости; б, в - недейственные потери остойчивости Литература: 1. "Теория устройство судов", под редакцией доктора технических наук, профессора Ф. М. Кацмана, Ленинград, Судостроение, 1991 г. |